ZigBee模块通信实现(电路介绍与程序分析)

产品名：ZigBee模块

型号：ZICM2410 PO-2

厂商：广州周立功公司代理（美国CEL公司的MeshConnect模块）

参数：

* 103db链路预算；

* 接收灵敏度：-97dbm@ 1.5V

* 发送功率：+6dbm@1.5V

* 3000英尺无障碍传输距离

* 最低睡眠电流：<1μA

* 工作电压：2.1~3.3V

* 接收电流：35mA

* 发送电流：44mA

* 速率：ZigBee (250 kbps)、Turbo(500 kbps)、Premium (1 Mbps)

* 接口类型：SPI(主从)、UART（2路）、I2S/PCM

支持语音传送：

语音编解码器支持u律、a律、ADPCM

16条射频通道

传送范围：3000英尺 = 914.4米

支持AES128位加密

ZICM2410 支持的数据通信接口：

UART0\UART1(1M)、I2S、SPI(2M)、GPIO、AD（4路）、IIS

描述：Zigbee网络基于IEEE 802.15.4国际标准、上层协议为ZigBee协议栈，具有低功耗，低速率，高可靠性，网络路由功能强大，自恢复及冗余性能优异等特点，广泛应用低数据率监控的各个领域。

ZigBee 物理连接：

ZigBee 模块是通过串口的形式与微处理器通讯，在LPC11C14 开发板这里是通过 SC16IS752IPW 芯片转成 SPI 协议与微处理器通讯。

ZigBee 模块（ZICM2410 PO-2） <------串口-----> SC16IS752IPW 芯片 <------SPI-----> LC11C14（ARM M0内核）

从原理图可以看出，ZigBee模块的RXD\TXD接在了SC16IS752IPW芯片的RXB\TXB上，而该芯片的CS\SI\SO\SCLK接在LPC11C14的PIO2_0\PIO2_1\PIO2_2\PIO2_3\PIO3_3上。

说明LPC11C14主控芯片是通过SPI间接与ZigBee模块通讯，所以我们只需要关注SC16IS752IPW芯片即可，往该芯片发送数据，ZigBee自然也能收到数据。

数据流向：应用程序 <---读写寄存器---> M0的SPI控制器 <---SPI---> SC16IS752IPW <---串口---> ZigBee模块

程序流程：

1、初始化LPC11C14的SSP1 的GPIO引脚，即 PIO2_0\PIO2_1\PIO2_2\PIO2_3

/* 初始化响应PIO引脚 ssp.c */

/* arg1：SSPI0或SSPI1  */

void SPI_IOConfig(uint8_t portNum)

{

if(portNum == 0)

{

/* 此处为通道0的代码未贴出 */

}

else/* port number 1 */

{  // 主要设置 SSP1 使之能与 SC16IS752IPW 通信间接与 ZigBee 通信

LPC_SYSCON->PRESETCTRL |= (0x1<<2); // bit2=1 SSP1复位取消 bit2=0 复位SSP1

LPC_SYSCON->SYSAHBCLKCTRL |= (1<<18);// 使能SSP1的时钟

LPC_SYSCON->SSP1CLKDIV = 0x02;/* Divided by 2 设置 SSP1 时钟分频 48Mhz/2=24Mhz*/

LPC_IOCON->PIO2_2 &= ~0x07;/* SSP I/O config */

LPC_IOCON->PIO2_2 |= 0x02;/* SSP MISO 将PIO2_2设置为 SSP MISO 模式*/

LPC_IOCON->PIO2_3 &= ~0x07;

LPC_IOCON->PIO2_3 |= 0x02;/* SSP MOSI 将PIO2_3设置为 SSP MOSI 模式*/

LPC_IOCON->PIO2_1 &= ~0x07;

LPC_IOCON->PIO2_1 |= 0x02;/* SSP CLK  将PIO2_1设置为 SSP 时钟 */

/* Enable AHB clock to the GPIO domain. */

LPC_SYSCON->SYSAHBCLKCTRL |= (1<<6); // 使能GPIO时钟使之产生时钟

LPC_IOCON->PIO2_0 &= ~0x07;/* SSP SSEL is a GPIO pin 设置PIO2_0 作为普通IO管脚功能 */

/* port2, bit 0 is set to GPIO output and high */

GPIOSetDir( PORT2, 0, 1 );   // 设置为输出

GPIOSetValue( PORT2, 0, 1 ); // 输出高电平暂时不使能该器件是片选引脚

}

}

2、初始化 SSP1 寄存器 ssp.c

/* arg1：SSPI0或SSPI1 arg2：传送位数 arg3：时钟分配 */

void SPI_Init(uint8_t portNum, uint8_t Bit, uint8_t EvenDiv)

{

uint8_ti, Dummy=Dummy;

if(portNum == 0)

{

/* 此处为通道0的代码未贴出 */

}

else

{

LPC_SSP1->CR0 = 0x0700 | (Bit-1); // (Bit-1)=0b0111 8位传输串行时钟速率、总线类型、数据长度

LPC_SSP1->CPSR = EvenDiv; // 时钟预分频寄存器设置为2分频 -> 48Mhz/2=24Mhz

for ( i = 0; i < SSP_FIFOSIZE; i++ )

{

Dummy = LPC_SSP1->DR;/* clear the RxFIFO 数据寄存器，读空则接受FIFO 写满则发送 FIFO */

}

NVIC_EnableIRQ( SSP1_IRQn );// 使能中断

LPC_SSP1->CR1 = SSPCR1_SSE; // SSP1以正常模式与串行总线上的其它设备相互通信。

LPC_SSP1->IMSC = SSPIMSC_RORIM | SSPIMSC_RTIM; // 中断触发条件：接受上溢接受超时触发中断

}

3、SSP1读写 SC16IS752IPW 芯片

3.0：SC16IS752IPW 时序图

写寄存器时序图：

读寄存器时序图

数据格式：

3.1：SSP1 读写寄存器

/* 操作*/

/* arg1：SSPI0或SSPI1 arg2：数据 */

uint16_t SPI_PutGet(uint8_t portNum, uint16_t SendData)

{

  if(portNum == 0)

  {

/* 此处为通道0的代码未贴出 */

  }

  else

  {

/* Move on only if NOT busy and TX FIFO not full. */

// SSP1控制器不忙发送FIFO未满、发送FIFO不为空就跳出循环

while((LPC_SSP1->SR & (SSPSR_TNF|SSPSR_BSY)) != SSPSR_TNF);

LPC_SSP1->DR = SendData;//写入数据

/* Wait until the Busy bit is cleared. */

while(LPC_SSP1->SR & SSPSR_BSY); // 等待总线不忙

/* Wait until the Busy bit is cleared */

// 等到接受FIFO不为空后跳出循环

while((LPC_SSP1->SR & (SSPSR_BSY|SSPSR_RNE)) != SSPSR_RNE);

return LPC_SSP1->DR;// 将数据读出

  }

}

3.2：写寄存器时序流程（主要涉及 SCLK、MIOS）

1、片选选中 SC16IS752IPW

2、往SPI数据寄存器写数据

2.1 MIOS 写 SC16IS752IPW THR 寄存器地址

   写位(1bit) + SC16IS752IPW THR 寄存器地址(4bit) + 通道选择(2bit) + X

2.2 写 8位数据

3、取消片选

  /* 往指定的 SC16IS752IPW 寄存器中写数据 */

/* arg1：SSPI0或SSPI1    arg2：SC16IS752IPW 寄存器 arg3：写入的数据*/

void SPI752_RegWrite(uint8_t Channel, uint8_t Reg, uint8_t Data)

{

  SPI_UART_CS(0);// 片选选中 SC16IS752IPW

  SPI_PutGet(1, SPI752_WRITE | (Reg<<3) | (Channel<<1));// 写寄存器

  SPI_PutGet(1, Data);// 写数据

  SPI_UART_CS(1);// 取消片选

}

3.3：读寄存器时序（主要涉及 SCLK、MIOS、MOIS）

1、片选选中 SC16IS752IPW

2、往SPI数据寄存器写数据

2.1 MIOS 写 SC16IS752IPW RHR 寄存器地址

   读位(1bit) + SC16IS752IPW RHR 寄存器地址(4bit) + 通道选择(2bit) + X

2.2 MOSI 读出 8位数据

3、取消片选

      /* 读数据 */

/* arg1：SSPI0或SSPI1    arg2：SC16IS752IPW 寄存器 */

uint8_t SPI752_RegRead(uint8_t Channel, uint8_t Reg)

{

  uint8_trd;

  SPI_UART_CS(0);// 片选选中 SC16IS752IPW

  SPI_PutGet(1, SPI752_READ | (Reg<<3) | (Channel<<1)); // 写寄存器地址

  rd = SPI_PutGet(1, 0);// 取出数据

  SPI_UART_CS(1);// 取消片选

  return rd;

}

4、通过SSP1 初始化 SC16IS752IPW

完成SSP1初始化后，就能通过SSP1与 SC16IS752IPW 通讯,，从而初始化该芯片

/*******************************************************************************

* Function Name : SPI752_Init

* Description : Set channel 0 & 1 baud rate. The range is 300-230400 Baud.

* The crystal input frequency is 14745600Hz.

*   The default value of prescaler after reset is divide-by-1.

* The format is: 8N1

* Input : - Channel : 0 & 1.

* - Baud : 300-230400 Baud.

* Output : None

* Return : None

* file ：ssp.c

*******************************************************************************/

/* arg1：SSPI0或SSPI1    arg2：波特率 */

void SPI752_Init(uint8_t Channel, uint32_t Baud)

{

uint16_trd;

// Disable sleep

// 设置数据通信的格式 1 0 1 1 1 1 11   奇葩的设置。。。

// 除数锁存使能没有TX间隔条件奇偶位强制为0 偶数格式奇偶位 1个停止位 8位

SPI752_RegWrite(Channel, SPI752_LCR_RW, 0xBF);

// 使能增强型功能

rd = SPI752_RegRead(Channel, SPI752_EFR_RW);

SPI752_RegWrite(Channel, SPI752_EFR_RW, rd | 0x10);

// 设置通信格式为 8位数据传送   奇葩的设置

SPI752_RegWrite(Channel, SPI752_LCR_RW, 0x03);

// 使能RHR、THR中断、使能接收器线状态中断、使能modem状态寄存器中断

rd = SPI752_RegRead(Channel, SPI752_IER_RW);

SPI752_RegWrite(Channel, SPI752_IER_RW, rd & (~0x10));

// DTR、RTS输出有效、TCR\TLR使能、使能局部环回模式、使能Xon Any功能 1分频奇葩why？

rd = SPI752_RegRead(Channel, SPI752_MCR_RW);

SPI752_RegWrite(Channel, SPI752_MCR_RW, rd & (~0x80));

// Set baud rate & 8N1 format

// 设置为 8位除数所存使能估计为设置波特率准备

SPI752_RegWrite(Channel, SPI752_LCR_RW, 0x83);

// 设置波特率

rd = (14745600/16) / Baud;

SPI752_RegWrite(Channel, SPI752_DLL_RW, rd); // 写入除数最低字节

SPI752_RegWrite(Channel, SPI752_DLH_RW, rd>>8); // 写入除数最高字节

// 8位又来设置通讯格式。。奇葩。。。

SPI752_RegWrite(Channel, SPI752_LCR_RW, 0x03);

SPI752_RegRead(Channel, SPI752_RHR_R);

// use port3_3 as input event, ZigBee interrupt.

// 设置为输入模式

GPIOSetDir(PORT3, 3, 0);

// port3_3 interrupt. edge, single trigger, falling edges.

// 设置为中断功能

GPIOSetInterrupt(PORT3, 3, 0, 0, 0);

// 使能该中断当Zig有数据接受时，该中断被触发

GPIOIntEnable(PORT3, 3);

// Set SPI752 RXDx interrupt Enable.

//rd = SPI752_RegRead(1, SPI752_IER_RW);

//SPI752_RegWrite(Channel, SPI752_IER_RW, rd | 0x01);

// 使能RHR中断又设置了一次 RHR中断还能再奇葩点吗？

SPI752_RegWrite(Channel, SPI752_IER_RW, 0x01);

// 读取中断Why?

SPI752_RegRead(Channel, SPI752_RHR_R);

}

5、发送1字节数据（实现了发送1字节就可以发送多字节数据了）

/* 操作M0的SPI控制器 */

/* arg1：SSPI0或SSPI1 arg2：数据 */

uint16_t SPI_PutGet(uint8_t portNum, uint16_t SendData)

{

if(portNum == 0)

{

/* 此处为通道0的代码未贴出 */

}

else

{

/* Move on only if NOT busy and TX FIFO not full. */

// SSP1控制器不忙发送FIFO未满、发送FIFO不为空就跳出循环

while((LPC_SSP1->SR & (SSPSR_TNF|SSPSR_BSY)) != SSPSR_TNF);

LPC_SSP1->DR = SendData;//写入数据

/* Wait until the Busy bit is cleared. */

while(LPC_SSP1->SR & SSPSR_BSY); // 等待总线不忙

/* Wait until the Busy bit is cleared */

// 等到接受FIFO不为空后跳出循环

while((LPC_SSP1->SR & (SSPSR_BSY|SSPSR_RNE)) != SSPSR_RNE);

return LPC_SSP1->DR;

}

}

/*******************************************************************************

* Function Name : SPI752_PutChar

* Description : Use SPI572 channel 0 & 1 send a byte.

* Input : - Channel : 0 & 1.

* - Ch : 8bit data.

* Output : None

* Return : None

* file ：spi_uart.c

*******************************************************************************/

/* arg1：SSPI0或SSPI1 arg2：8位数据 */

void SPI752_PutChar(uint8_t Channel, uint8_t Ch)

{

// 等待发送保存寄存器为空

while(!(SPI752_RegRead(Channel, SPI752_LSR_R)&0x20));

// 往发送保存寄存器写入数据

SPI752_RegWrite(Channel, SPI752_THR_W, Ch);

}

6、接受数据需要借助中断

6.1：中断读取、保存数据

    /* 当PIO3 组引脚产生中断时此中断函数被执行 gpio.c */

void PIOINT3_IRQHandler(void)

{

  /* 此处为其他引脚需要的代码未贴出*/

// 判断是不是 PORT3_3 引脚产生的

if(GPIOIntStatus(PORT3, 3))

{

      ZigBee_IRQ_Process();         // 是则说明ZigBee触发的

GPIOIntClear(PORT3, 3);     // 清中断

}

return;

}

        /* ZigBee 中断服务程序读取数据  spi_uart.c  */

void ZigBee_IRQ_Process(void)

{

uint8_trd;

/* 此处为0通道的读取数据的代码未贴出*/

rd = SPI752_RegRead(1, SPI752_IIR_R);

rd &= 0x3f;

if(rd == 0x04)   // 判断是否为RHR中断是则读取数据

{

// 读取RHR寄存器值存入数组缓冲区

      SPI752_rbuf_1[SPI752_rbuf_1_ip] = SPI752_RegRead(1, SPI752_RHR_R);

      SPI752_rbuf_1_ip ++;

if(SPI752_rbuf_1_ip >= SPI752_RBUF_1_NUMB)

  SPI752_rbuf_1_ip = 0;

}

else

{

      rd = SPI752_RegRead(1, SPI752_RHR_R);   // 从接受保存寄存器读空数据估计是清空该寄存器

}

}

6.2：应用程序读取数据

/* 当程序读取数据时，从缓冲区里取数据   spi_uart.c */

/* arg1：SSPI0或SSPI1    arg2：执行可写的1字节的空间的指针*/

uint8_t SPI752_GetChar(uint8_t Channel, uint8_t *Ch)

{

/* 此处为0通道的读取数据的代码未贴出*/

// SPI752_rbuf_1_ip 是在中断里面记录的读取的字节数

if(SPI752_rbuf_1_op != SPI752_rbuf_1_ip)

{

  *Ch = SPI752_rbuf_1[SPI752_rbuf_1_op];

  SPI752_rbuf_1_op ++;

  if(SPI752_rbuf_1_op >= SPI752_RBUF_1_NUMB)

   SPI752_rbuf_1_op = 0;

  return 1;

}

return 0;

}